KR20010077855A - Material of positive plate for lithium secondary cell and lithium secondary cell - Google Patents

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키노시타쯔요시
카나자와토시유키
야마구찌순이치로
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노미야마 아키히콰
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Abstract

일반식 Li1+xMn2-xO4+y(0≤x≤0.08, -0.05≤y≤0.02) 로 나타내는 물질로써, 이 물질의 전체의 Mn 평균산화수 M 이 3.540 이상, 3.560 이하이며, 사상(篩上) 5 중량 % 성분의 Mn 평균 산화수 m 이 M-0.02≤m≤M 을 충족시키는 리튬 2차 전지용 정극(正極) 재료 및 그것을 사용한 리튬 2차 전지이고, 리튬 2차 전지용 정극(正極) 재료로서 LiMn2O4스피넬(spinel) 화합물을 사용하여, 초기 용량을 양호하게 유지함과 동시에, 이 물질의 Mn 가수(價數)(산화수) 와 싸이클 특성의 관련을 찾아내어, 고 충전율(高充電率)을 유지하는 양호한 충전 싸이클 특성을 가지는 리튬 2차 전지용 정극(正極) 재료를 얻을 수 있다.A substance represented by the general formula Li 1 + x Mn 2-x O 4 + y (0 ≦ x ≦ 0.08, −0.05 ≦ y ≦ 0.02), wherein the total Mn average oxidation number M of the substance is 3.540 or more and 3.560 or less, The positive electrode material for lithium secondary batteries whose Mn average oxidation number m of the finishing 5 weight% component satisfy | fills M-0.02 <= m <= M, and the lithium secondary battery using the same, The positive electrode for lithium secondary batteries ) LiMn 2 O 4 spinel compound is used as a material to maintain a good initial capacity and to find the relationship between the Mn valence (oxidized water) and the cycle characteristics of the material, thus providing a high filling rate. The positive electrode material for lithium secondary batteries which has favorable charging cycle characteristics which hold | maintains densification can be obtained.

Description

리튬 2차 전지용 정극(正極) 재료 및 리튬 2차 전지{MATERIAL OF POSITIVE PLATE FOR LITHIUM SECONDARY CELL AND LITHIUM SECONDARY CELL}Positive electrode material for lithium secondary battery and lithium secondary battery {MATERIAL OF POSITIVE PLATE FOR LITHIUM SECONDARY CELL AND LITHIUM SECONDARY CELL}

리튬 2차 전지는 종래의 2차 전지에 비하여 높은 에너지 밀도를 가지기 때문에, 휴대전화, 휴대용 비디오 카메라, 노트북 컴퓨터 등의 전자기기용(電子機器用) 전지로써 보급되고 있지만, 장래에는 전기자동차나 일반 가정의 분산배치형(分散配置型) 전원으로서의 이용이 기대되고 있으며, 또한 고용량, 고능률의 전지를 얻기 위한 연구개발이 활발하게 행해지고 있다.Lithium secondary batteries have a higher energy density than conventional secondary batteries, and thus are widely used as batteries for electronic devices, such as mobile phones, portable video cameras, and notebook computers. The use as a distributed batch type power supply is expected, and the research and development for obtaining high capacity and high efficiency battery are actively performed.

현재, 시판되고 있는 리튬 2차 전지용 정극활물질(正極活物質)에는 LiCoO2가 사용되고 있지만 열적(熱的) 안정성이 나쁘기 때문에 안전성에 문제가 있으며, 또한 코발트 자체의 지구자원(地球資源)의 채굴가능한 매장량이 적고, 값이 비싸다는 결점을 가지고 있다.LiCoO 2 is currently used as a positive electrode active material for lithium secondary batteries on the market, but due to its poor thermal stability, there is a problem in safety, and it is also possible to mine earth resources of cobalt itself. It has the disadvantage of low reserves and high price.

이러한 이유로 상기의 것을 대신하는 것으로써, 풍부한 자원을 가지며 경제성이 우수한 리튬·니켈 복합산화물의 연구가 행해지고 있다. 그러나, 이 리튬·니켈 복합산화물은 LiNiO2를 합성할 때에 산소 기류가 필요하다는 공정상의 어려움이 있으며, 또한 Ni의 일부가 원래는 Li이 들어가야할 사이트(site)에 혼입(混入)하는 등의 결정(結晶)의 흐트러짐이 있어서 충분한 싸이클 특성을 얻을 수 없다는 결점이 있기 때문에 거의 실용화 되어지지 않고 있는 것이 현 실정이다.For this reason, researches on lithium-nickel composite oxides having abundant resources and excellent economical efficiency have been conducted in place of the above. However, this lithium-nickel composite oxide has a process difficulty in that oxygen airflow is required when synthesizing LiNiO 2 , and a part of Ni is originally incorporated into a site where Li should enter. The current situation is that it is practically not used because there is a drawback that there is a disorder of (i) and sufficient cycle characteristics cannot be obtained.

이러한 상기와 같은 이유에서, 코발트나 니켈에 비하여 가격이 더 싸고, 매장량도 풍부한 LiMn2O4스피넬(spinel) 화합물이 주목을 받으며 최근 연구가 활발하게 행하여지고 있다. 그러므로 향후 상기와 같은 전기자동차 등의 용도로도 사용할 수 있을 것으로 기대되고 있다.For these reasons, LiMn 2 O 4 spinel compounds, which are cheaper than cobalt or nickel and rich in reserves, have attracted attention and recent studies have been actively conducted. Therefore, it is expected that it can be used in the future as the electric vehicle as described above.

이 리튬·망간 복합산화물인 스피넬(spinel) LiMn2O4는 Li가 8a 사면체(四面體) 사이트에, Mn은 16d 팔면체 사이트에 있다. 산소의 배치는 입방세밀충전(立方細密 充塡) 구조이며, 기본 골격은 λ- MnO2이다. 리튬 이온은 가역적(可逆的)으로 사면체(四面體) 사이트를 차지하기 때문에 LiMn2O4를정극(正極) 재료로 하는 리튬 2차 전지에서는 기본 골격의 구조파괴는 거의 발생되지 않는다. 충전(充電)과 방전(放電)에 따라 결정격자(結晶格子)의 팽창·수축이 발생할 뿐이다. 이 때문에 충전과 방전이 안정되어 있다는 특징을 가지고 있다.Spinel LiMn 2 O 4 , which is a lithium-manganese composite oxide, has Li at an 8a tetrahedral site and Mn at a 16d octahedral site. The arrangement of oxygen is a cubic fine-charged structure, and the basic skeleton is λ-MnO 2 . Since lithium ions reversibly occupy tetrahedral sites, structural destruction of the basic skeleton hardly occurs in a lithium secondary battery using LiMn 2 O 4 as a positive electrode material. Charging and discharging only cause expansion and contraction of crystal lattice. For this reason, charging and discharging are stable.

그런데, LiMn2O4스피넬(spinel) 화합물은 이와 같이 열적 안정성이 높지만, 이것을 정극활물질(正極活物質)로써 사용한 2차 전지는 싸이클 특성이 나빠서, 실용상의 커다란 지장을 초래하게 되었다.By the way, although the LiMn 2 O 4 spinel compound has high thermal stability in this manner, the secondary battery using this as a positive electrode active material has poor cycle characteristics, which causes great practical problems.

종래에는, 이러한 결점을 개량(改良)하기 위하여 활물질(活物質)의 균일성을 높이거나, 다른 물질의 도핑(doping) 등의 방법을 이용하여 싸이클 특성의 개선을 도모할 수 있으나 아직 충분한 것이라 말할 수는 없다.Conventionally, in order to remedy these drawbacks, it is possible to improve the cycle characteristics by increasing the uniformity of the active material or by doping other materials, but it is still sufficient. There is no number.

본 발명은 초기 용량을 양호하게 유지할 수 있고 또한 충전특성이 우수한 리튬 2차 전지용 정극(+:正極) 재료에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode (+: positive electrode) material for a lithium secondary battery that can maintain a good initial capacity and has excellent charging characteristics.

제1도는 전지 특성 평가용 코인(coin)형 셀의 단면 모식도(模式圖)이다.1 is a schematic cross-sectional view of a coin cell for battery characteristic evaluation.

(발명의 개시)(Initiation of invention)

본 발명은 리튬 2차 전지용 정극(正極) 재료로써 LiMn2O4스피넬(spinel) 화합물을 사용하여 초기 용량을 양호하게 유지함과 동시에, 이 물질의 Mn 가수(價數)(「산화수」: 이하 동일) 와 싸이클 특성의 관련을 알아내어, 고 충전율(高充電率)을 유지하는 양호한 충전 싸이클 특성을 가지는 리튬 2차 전지용 정극(正極) 재료 및 그것을 사용한 리튬 2차 전지를 확립하는 것이다.The present invention uses a LiMn 2 O 4 spinel compound as a positive electrode material for a lithium secondary battery to maintain a good initial capacity, and at the same time, the Mn valence (“oxidized water”) of this material is the same. ) And the cycle characteristics, and to establish a positive electrode material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery using the same having good charge cycle characteristics maintaining a high charge rate.

본 발명은 상기에서 알아낸 것에 근거하여,The present invention is based on what has been found above,

1. 일반식 Li1+xMn2-xO4+y(0≤x≤0.08, -0.05≤y≤0.02)으로 표시되는 물질로서, 이 물질의 전체의 Mn 평균 산화수 M 이 3.540 이상, 3.560 이하이고, 사상(篩上:체를 통과하지 못한 입자가 큰부분) 5 중량 % 성분의 Mn 평균 산화수 m 이 M-0.02≤m≤M 을 충족시키는 리튬2차 전지용 정극(正極) 재료1. A substance represented by the general formula Li 1 + x Mn 2-x O 4 + y (0 ≦ x ≦ 0.08, −0.05 ≦ y ≦ 0.02), wherein the total Mn average oxidation number M of the substance is 3.540 or more, 3.560 The positive electrode material for lithium secondary batteries whose Mn average oxidation number m of the 5 weight% component below is satisfied with M-0.02 <= m <= M.

2. 상기 1 에 기재한 리튬 2차 전지용 정극(正極) 재료를 가지는 것을 특징으로하는 리튬 2차 전지2. Lithium secondary battery which has positive electrode material for lithium secondary battery as described in said 1

, 를 제공한다., To provide.

(발명의 실시의 형태)(Embodiment of invention)

현재, 리튬 2차 전지에 사용되는 LiMn2O4스피넬(spinel) 화합물은 실험실 레벨의 특수한 케이스를 제외하고는, 실용적인 레벨에서는 분말상(粉末狀)의 리튬염과 망간염을 혼합하여 열처리하는 고상반응법(固相反應法)이 사용되고 있다.Currently, the LiMn 2 O 4 spinel compound used in the lithium secondary battery is a solid-phase reaction in which a mixture of heat-treated lithium salt and manganese salt is heat-treated at a practical level, except for a special case at the laboratory level. The law is being used.

고상반응법은 리튬염 중의 리튬과 망간염 중의 망간의 상호확산을 주반응으로 하여 진행된다. 이러한 경우, 상호 균일하게 확산하는 것이 이상적이지만, 리튬염은 열적으로 불안정하여 분해되기 쉬우며, 실제로는 망간염 중에 리튬이 확산하는 형태로 반응이 진행된다.The solid phase reaction proceeds with the main reaction of the interdiffusion between lithium in lithium salts and manganese in manganese salts. In this case, it is ideal to diffuse uniformly with each other, but the lithium salt is thermally unstable and easily decomposed, and in fact, the reaction proceeds in the form of lithium diffusion in the manganese salt.

이러한 반응 형태를 거쳐 합성된 LiMn2O4스피넬(spinel) 화합물은 원료의 망간염 분말이 일정한 입도분포(粒度分布)를 가지기 때문에 입자마다 리튬 농도의 격차가 발생한다.LiMn 2 O 4 spinel compound synthesized through this reaction mode has a certain particle size distribution of the manganese salt powder of the raw material, so a difference in lithium concentration occurs for each particle.

이것을 좀더 상세히 설명하면, 예컨데 망간염 분말의 입자가 큰 것은 중심부까지 리튬이 확산하지 않을 경우에도, 입자경(粒子徑)이 작은 것은 중심부까지 리튬의 확산이 진행되고, 분말의 입자의 크기에 의해 리튬 확산농도에 차이가 생기므로, 그 결과 농도 격차가 발생하는 경우이다.To explain this in more detail, for example, the larger the particles of manganese salt powder, even if lithium does not diffuse to the center, the smaller the particle size, the diffusion of lithium proceeds to the center, and depending on the size of the particles of the powder Differences occur in diffusion concentrations, resulting in concentration gaps.

이와 같이, 입자 간(間)의 리튬 농도의 격차를 내포한 상태 그대로 전지의 싸이클특성을 조사하여 보면, 제1싸이클 반응은 충전 및 방전과 함께 스피넬(spinel) 특유의 고전압에서의 양호한 부하 특성을 나타내지만, 제 2 싸이클 이후에 대하여서는 충전 및 방전 용량의 열화(劣化)를 나타낸다.As described above, when the cycle characteristics of the battery were examined as they contained the difference in lithium concentration between particles, the first cycle reaction, together with charge and discharge, exhibited good load characteristics at high voltage peculiar to the spinel. Although shown after the 2nd cycle, deterioration of charge and discharge capacity is shown.

한편, Mn 가수(價數)가 3.5를 하회(下回)하는 LiMn2O4는 싸이클 특성이 현저하게 나쁘다라는 것이 잘 알려져 있다. 앞에서 기술한 바와 같이, 고상반응(固相反應)으로 합성한 경우는, 입자간의 격차를 피할 수 없고, 전체의 평균에서는 Mn 가수(價數)가 3.5 이상이라도, Li 농도가 낮아지면 Mn 가수(價數)가 3.5 를 하회하는 결정자(結晶子)를 포함하는 입자가 생성되는 확률이 높아져서, 이것이 싸이클 특성을 나쁘게 하는 원인으로 생각된다.On the other hand, it is well known that LiMn 2 O 4 , which has a Mn valence of less than 3.5, has a remarkably bad cycle characteristic. As described above, when synthesized in a solid phase reaction, the gap between the particles cannot be avoided, and in the total average, even if the Mn valence is 3.5 or more, when the Li concentration is lowered, the Mn valence ( The probability that particles containing crystallites of less than 3.5 are produced increases, which is considered to be a cause of poor cycle characteristics.

이상의 문제점의 해결을 위하여, 본 발명은 Mn 가수(價數)의 격차의 제어를 도모했다.In order to solve the above problems, the present invention aims to control the gap between the Mn valences.

Mn 가수(價數)의 격차의 제어는 주로 Li/Mn 비(比)로써 콘트롤(제어) 할 수 있지만, 높은 초기 용량을 희망하는 경우에는 Li를 적게 하고 Mn 가수(價數)를 3.5 에 가능한 한 가까이 할 필요가 있다.Control of the Mn valence gap can be controlled mainly by the Li / Mn ratio, but when a high initial capacity is desired, Li is reduced and Mn valence is possible to 3.5. You need to be as close as possible.

즉, 고용량(高容量)을 희망하는 경우에는, Mn 가수(價數)의 격차를 가능한 한 작게하고, 또한 3.5 이하의 결정자(結晶子)·입자(粒子)의 확률을 줄일 필요가 있다. 고상법(固相法)으로 합성하는 경우, 가수(價數)의 격차는 주로 입경(粒徑)의 분포에 의존하기 때문에 우선 입도분포(粒度分布)를 최소로 하는 것이 필요하다.That is, when high capacity is desired, it is necessary to make the gap of Mn valence small as much as possible, and to reduce the probability of crystallite and particle | grains of 3.5 or less. In the case of synthesizing by the solid phase method, it is necessary to minimize the particle size distribution first because the gap between the valences mainly depends on the distribution of particle diameters.

또한 분포뿐만 아니라, 입경이 큰 입자의 존재는 리튬 소스(source)와의 접촉면적이 한쪽으로 치우쳐져 입자내의 격차의 커다란 원인이 되기 때문에, 입자 싸이즈에도 상한(上限)이 있다. 즉, 원료분(原料粉)의 미세화와 균일화도 당연히 필요하다.In addition to the distribution, the presence of particles having a large particle size has an upper limit in particle size because the contact area with a lithium source is biased to one side and causes a large gap in the particles. That is, of course, the refinement and homogenization of raw material powder are also necessary.

이상으로부터, 일반식 Li1+xMn2-xO4+y(0≤x≤0.08, -0.05≤y≤0.02)으로 나타내는 물질로서, 이 물질의 전체의 Mn 평균산화수 M 이 3.540 이상, 3.560 이하이며, 사상(篩上) 5 중량 % 성분의 Mn 평균산화수 m 이 M-0.02≤m≤M 을 충족하는 것이 필요하다.From the foregoing, the substance represented by the general formula Li 1 + x Mn 2-x O 4 + y (0 ≦ x ≦ 0.08, −0.05 ≦ y ≦ 0.02), wherein the total Mn average oxidation number M of the substance is 3.540 or more, 3.560 Below, it is necessary for Mn average oxidation number m of the finishing 5 weight% component to satisfy M-0.02 <= m <= M.

y가 -0.05 미만이면 LiMnO2가 생성되며, 스피넬(spinel) 단상(單相)을 얻기 어렵다. 또한 y가 0.02 를 초과하면 조건에 따라 LiMnO2나 Li2MnO3가 생성되며, 역시 스피넬(spinel) 단상을 얻기 어렵고, 동시에 싸이클 특성에 나쁜 영향을 끼친다.If y is less than -0.05, LiMnO 2 is produced, and it is difficult to obtain a spinel single phase. In addition, when y exceeds 0.02, LiMnO 2 or Li 2 MnO 3 is produced depending on the conditions, and it is difficult to obtain a spinel single phase, and at the same time, adversely affects the cycle characteristics.

본 발명의 리튬 2차 전지용 정극(正極) 재료는 상기의 LiMn2O4을 정극활물질(正極活物質)로 함으로써, 싸이클 특성을 대폭 개선할 수 있다는 것을 알아내었다.The positive electrode material for lithium secondary batteries of the present invention was found to significantly improve the cycle characteristics by using LiMn 2 O 4 as the positive electrode active material.

LiMn2O4를 얻기 위하여는 전해합성(電解合成) 또는 화학 합성 산화 망간을 사용하여, 사분급(篩分級:체로 쳐서 분류하는 것) 을 행하여 소정의 입도(粒度) 이상의 입자를 제거한다. 이 때의 분급점(分級点)은 작은 쪽이 바람직하지만, 공업적으로는 25㎛ 정도가 한계라고 한다. 사상(篩上) 성분은 공기식(空氣式) 또는 기계식 분쇄에 의해 분쇄를 행하고, 평균입경을 3 ㎛ 에서 12㎛ 가 되도록 입도조제(粒度調製)를 행하여 리튬염과 혼합한다. 또한, 사하(篩下: 체를 통과한 입자가 작은부분) 성분도 마찬가지로 리튬염과 혼합한다.In order to obtain LiMn 2 O 4 , electro-synthesis or chemical synthetic manganese oxide is used to carry out quartet classification to remove particles having a predetermined particle size or more. Although the smaller one of the classification point at this time is preferable, about 25 micrometers is industrially considered to be a limit. The finishing component is pulverized by pneumatic or mechanical pulverization, and then mixed with a lithium salt by performing a particle size aid so that the average particle diameter becomes 3 탆 to 12 탆. In addition, the lower and lower part which passed the sieve component is similarly mixed with a lithium salt.

이것을 불활성 분위기중, 대기중 또는 산화 분위기 중에서 650℃ 내지 900℃의 사이에서 전기로(電氣爐) 등의 가열 장치를 사용하여 열처리함으로써 얻을 수 있다. 이때의 평균입경은 출발원료로 하는 산화망간의 입경(粒徑), 분급점, 사상(篩上) 성분의 분쇄조건에 크게 의존하지만, 본 발명에서는 3 ㎛ 이상 12 ㎛ 이하의 크기로 조정되는 것이 바람직하다.This can be obtained by heat treatment using a heating apparatus such as an electric furnace between 650 ° C and 900 ° C in an inert atmosphere, in the air, or in an oxidizing atmosphere. The mean particle size at this time is largely dependent on the grinding conditions of the particle size, classification point, and finishing component of manganese oxide as a starting material. desirable.

평균입경이 3 ㎛ 미만에서는, 분체(粉體)의 응집이 나타나고, 합성후의 괴쇄장치(塊碎裝置)내(內)나 반송동(搬送棟)내(內)에서 분체(粉體)가 체류(滯留)하는 등의 공업적인 문제가 일어나기 때문에 바람직하지 않다. 한편 적어도 평균입경을 20 ㎛ 이상으로 조정한 경우는 분급점(分級点)을 적어도 50 ㎛ 이상으로 할 필요가 있으며, 입도분포를 억제하여 Mn 가수(價數) 의 격차를 감소하고자 하는 본 발명의 요지에 반하는 것이다.When the average particle diameter is less than 3 µm, agglomeration of the powder appears, and the powder stays in the crushing device after the synthesis or in the transport copper. It is not preferable because industrial problems such as i) occur. On the other hand, when the average particle diameter is adjusted to 20 µm or more, it is necessary to set the classification point to at least 50 µm or more, and to suppress the particle size distribution to reduce the gap between Mn valences. It is against the point.

이하, 실시예에 따라서 설명하지만, 이들은 어디까지나 이해를 용이하게 하기 위해서 제시한 한 예에 지나지 않으며, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서의 여러가지의 변형을 포함하는 것이다.Hereinafter, although it demonstrates according to an Example, these are only the examples presented in order to make understanding easy, and this invention is not limited to these Examples. Therefore, various modifications are included in the range which does not deviate from the summary of this invention.

본 발명의 실시에 있어서는 제1도에 나타낸 코인(coin)형 셀을 사용하여 전지 특성의 평가를 행하였다. 이 코인형 셀은 정극활물질(正極活物質)을 도전성(導電性) 카본(carbon) 및 결착제(結着劑)로서의 폴리불화비닐리덴과 n-메틸피롤리돈을 혼합하여, 닥터 블레이드법으로 SUS 판 4 상(上)에 성막(成膜)한 것을 정극(正極) 8 로 하였다.In the practice of the present invention, battery characteristics were evaluated using the coin cell shown in FIG. This coin-type cell mixes polyvinylidene fluoride and n-methylpyrrolidone as a conductive carbon, a binder, and a positive electrode active material, and uses a doctor blade method. What was formed into a film on the SUS board 4 was made into the positive electrode 8.

이것에 세퍼레이터(separator) 7 및 부극(-:負極) 6 으로서의 금속 리튬판 및 전해액 5 로서의 1M LiPF6을 지지염(支持鹽)으로 하는 EC/DEC 용액을 사용하여 SUS 제(製)의 상하덮개 l, 3 및 테플론(Teflon) 제(製)의 가스킷(gasket) 2 로써 봉입(封入)한 것이다.Upper and lower lids made of SUS, using an EC / DEC solution containing a metal lithium plate as a separator 7 and a negative electrode 6 and 1M LiPF 6 as an electrolyte 5 as a supporting salt. It was enclosed by the gasket 2 made of l, 3, and Teflon.

이 셀에 의하여 전지성능으로써, 전지용량 및 싸이클 특성평가를 행하였다.By this cell, battery capacity and cycle characteristics were evaluated as battery performance.

(실시예 1∼2 및 비교예 1∼3)(Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3)

실시예 1 은 전체의 Mn 평균산화수의 평균치 M 이 3.547 이며, 사상(篩上) 5 중량 % 성분의 Mn 평균산화수 m 이 3.535 이고, 탭 밀도(tap density)는 2.0 g/cc이다.In Example 1, the average value M of the total Mn average oxidation number is 3.547, the Mn average oxidation number m of the finishing 5 wt% component is 3.535, and the tap density is 2.0 g / cc.

이 실시예 1 의 80 싸이클 후의 충전용량은 115 mAh/g (80 싸이클 후의 용량 유지율은 95%) 이며, 실온에서의 충전 싸이클 특성이 우수하다.The charge capacity after 80 cycles of this Example 1 is 115 mAh / g (capacity retention after 80 cycles is 95%), and the charge cycle characteristics at room temperature are excellent.

이상의 결과를 다른 실시예 및 비교예와 함께 표1에 나타낸다.The above result is shown in Table 1 with another Example and a comparative example.

실시예 2 는 분급법(分級法) 으로 조정한 전체의 Mn 가수(價數)의 평균치 M 이 3.557 이고, 사상(篩上) 5 중량 % 성분의 Mn 가수(價數) m 의 평균치 M 이 3.550이다. 또한 탭 밀도는 2.2 g/cc 이다.In Example 2, the average value M of the total Mn valences adjusted by the classification method was 3.557, and the average value M of the Mn valences m of the finishing 5 weight% component was 3.550. to be. The tap density is also 2.2 g / cc.

이 예에서 명백한 바와 같이, Mn 가수(價數)의 격차를 억제함에 따라 80 싸이클 후의 충전용량은 114 mAh/g ( 80 싸이클 후의 용량 유지율은 96% ) 이 되어, 양호한 충전 싸이클 특성을 나타낸다.As evident in this example, the charge capacity after 80 cycles becomes 114 mAh / g (the capacity retention after 80 cycles is 96%) by suppressing the gap between Mn valences, indicating good charge cycle characteristics.

이것에 비하여, 비교예 1, 2 및 3 은 각각 전체의 Mn 평균산화수 M 이 3.536 ,In comparison, Comparative Examples 1, 2, and 3 each had a total Mn average oxidation number M of 3.536,

3.545 및 3.588 이고, 사상(篩上) 5 중량 % 성분의 Mn 가수(價數) m 이 각각 3.518 , 3.520 및 3.572 이다.3.545 and 3.588, Mn valence m of the finishing 5 weight% component is 3.518, 3.520, and 3.572, respectively.

이들로부터 분명한 바와 같이, 비교예 1 은 사상(篩上) 5 중량 % 성분의 Mn 가수(價數) m 이 본 발명의 범위내에 있지만, 전체의 Mn 가수(價數)의 평균치 M 이 본 발명의 범위보다도 작다. 비교예 2 는 전체의 Mn 가수(價數)의 평균치 M 이 본 발명의 범위내에 있지만, 사상(篩上) 5 중량 % 성분의 Mn 가수 m 이 본 발명의 범위보다도 작다. 또한 비교예 3 은 사상(篩上) 5 중량 % 성분의 Mn 가수 m 이 본 발명의 범위내에 있으나, 전체의 Mn 가수(價數) 의 평균치 M 이 본 발명의 범위를 초과하고 있다.As is evident from these, in Comparative Example 1, although the Mn valence m of the 5 wt% component of the present invention is within the scope of the present invention, the average value M of the total Mn valences of the present invention is Smaller than range In Comparative Example 2, the average M of all Mn valences is within the scope of the present invention, but the Mn valence m of the finishing 5 wt% component is smaller than the range of the present invention. Moreover, although the Mn valence m of the finishing 5 weight% component is in the scope of this invention, the comparative example 3 has the average value M of all Mn valences exceeding the range of this invention.

이 결과 80 싸이클 후의 방전용량은 각각 106 mAh/g, 102 mAh/g, 100 mAh/g (80 싸이클 후의 용량 유지율은 각각 85%, 84%, 92%)이고, 충전 싸이클 특성이 실시예에 비하여 어떠한 것도 나쁜 (특히, 비교예 3 은 초기 방전용량도 109 mAh/g 로 낮다) 결과를 가져왔다.As a result, the discharge capacities after 80 cycles were 106 mAh / g, 102 mAh / g and 100 mAh / g, respectively (capacity retention after 80 cycles was 85%, 84% and 92%, respectively). None was bad (in particular, Comparative Example 3 had a low initial discharge capacity of 109 mAh / g).

이상, 일반식 Lil+xMn2-xO4+y(0≤x≤0.08, -0.05≤y≤0.02) 으로 나타내는 물질의 Mn가수(價數)의 평균치가 3.540 이상, 3.560 이하이고, 사상측정수(篩上測定數)가 작은 쪽으로부터 5 중량 % 이내의 Mn 평균 가수(價數) m 이 M-0.02≤m≤M 인 범위에서, 우수한 충전 싸이클 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.The average values of the Mn valences of the substances represented by the general formula Li l + x Mn 2-x O 4 + y (0 ≦ x ≦ 0.08, −0.05 ≦ y ≦ 0.02) are 3.540 or more and 3.560 or less, It was confirmed that the filling cycle characteristic was excellent in the range where Mn average valence m within 5 weight% is smaller than M-0.02 <= m <= M from the smaller the mapping number.

상기한 Mn 평균 가수(價數)의 범위로부터 벗어나는 경우에는 어떠한 것도 싸이클 특성이 나쁘다는 결과를 가져왔다.Any deviation from the range of Mn average valences described above resulted in poor cycle characteristics.

표1Table 1

사상(篩上) 5중량% 성분의Mn가수(價數)mMn singular m with 5% by weight of component Mn평균산화수MMn Mean Oxidation Number M 초기방전용량(mAh/g)Initial discharge capacity (mAh / g) 80싸이클후의 방전용량(mAh/g)Discharge capacity after 80 cycles (mAh / g) 80싸이클후의 용량유지율Capacity maintenance rate after 80 cycles 탭밀도(g/cc)Tap Density (g / cc) 실시예1Example 1 3.5353.535 3.5473.547 121121 115115 95%95% 2.02.0 실시예2Example 2 3.5503.550 3.5573.557 119119 114114 96%96% 2.22.2 비교예1Comparative Example 1 3.5183.518 3.5363.536 125125 106106 85%85% 2.22.2 비교예2Comparative Example 2 3.5203.520 3.5453.545 121121 102102 84%84% 2.32.3 비교예3Comparative Example 3 3.5723.572 3.5883.588 109109 100100 92%92% 2.32.3

본 발명은 리튬 2차 전지용 정극(正極) 재료로서 LiMn2O4스피넬(spinel) 화합물을 사용하여, Mn 가수(價數)의 격차의 감소, 도전성(導電性) 카본(carbon)과의 접촉력의 개선 및 입계(粒界) 제어를 도모함에 의해, 초기 용량을 양호하게 유지할 수 있고, 또한 충전효율을 비약적으로 높일 수 있다.The present invention uses a LiMn 2 O 4 spinel compound as a positive electrode material for a lithium secondary battery to reduce the gap of Mn valence and to make contact with conductive carbon. By improving and grain boundary control, initial stage capacity | capacitance can be maintained favorable and charging efficiency can be raised remarkably.

Claims (2)

일반식 Li1+xMn2-xO4+y(0≤x≤0.08, -0.05≤y≤0.02) 로 나타내는 물질로써, 이 물질의 전체의 Mn 평균산화수 M 이 3.540 이상, 3.560 이하이고, 사상(篩上) 5 중량 % 성분의 Mn 평균산화수 m 이 M-0.02≤m≤M 을 충족시키는 리튬 2차 전지용 정극(正極) 재료.A substance represented by the general formula Li 1 + x Mn 2-x O 4 + y (0 ≦ x ≦ 0.08, −0.05 ≦ y ≦ 0.02), wherein the total Mn average oxidation number M of the substance is 3.540 or more and 3.560 or less, The positive electrode material for lithium secondary batteries whose Mn average oxidation number m of the finishing 5 weight% component satisfy | fills M-0.02 <= m <= M. 청구의 범위 제1항에 기재한 리튬 2차 전지용 정극(正極) 재료를 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지.It has a positive electrode material for lithium secondary batteries of Claim 1, The lithium secondary battery characterized by the above-mentioned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10209477A1 (en) * 2002-03-05 2003-09-18 Chemetall Gmbh Electrochemical cell for a lithium ion battery with improved high temperature stability
JP4765303B2 (en) * 2003-12-01 2011-09-07 新神戸電機株式会社 Lithium secondary battery and method for producing lithium secondary battery

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0982362A (en) * 1995-09-11 1997-03-28 Sony Corp Nonaqueous electrolyte secondary battery
JPH10172570A (en) * 1996-12-16 1998-06-26 Aichi Steel Works Ltd Lithium secondary battery and its positive electrode active material
JPH10261416A (en) * 1997-03-18 1998-09-29 Ube Ind Ltd Lithium battery composite oxide, its manufacture, and its usage
JPH11302020A (en) * 1998-04-20 1999-11-02 Ube Ind Ltd Lithium manganese compound oxide, its production and its use

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